CN111255018A - 一种可实现稳定高水压的连续供水装置及其使用方法 - Google Patents

一种可实现稳定高水压的连续供水装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可实现稳定高水压的连续供水装置，包括供水系统、加压装置和高压储水罐，加压装置内设置有压力室，压力室的进水口设置有逆单向阀，两个逆单向阀与供水系统连通，压力室的出水口设置有正单向阀，压力室内设置有活动推板，活动推板远离水的一侧与传动连杆的首端相连，传动连杆的尾端嵌在密封泵体内，传动连杆尾端与密封泵体内的液压介质相接触，液压介质由油缸提供，传动连杆上设置有位移传感器，位移传感器转换为电信号输入液压控制系统来控制油缸。本发明还公开连续供水装置的使用方法。本发明提供的一种可实现稳定高水压的连续供水装置及其使用方法，能够避免水气混合的同时能够稳定持续供应高压水，同时高压可灵活调节。

Description

一种可实现稳定高水压的连续供水装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种可实现稳定高水压的连续供水装置，属于高压供水装置技术领域。
背景技术
众所周知，渗流安全领域有“临界水力梯度”这一极为重要的概念；具体来说，当上下游水压差产生的水力梯度超过土石材料自身的临界水力梯度时，土石材料渗流失稳并发生管涌、流土等不同类型的渗透破坏。随着国家资源建设开发重心的迁移，大量中西部水资源逐步提上开发利用日程，一系列200m级乃至300m级特高土石坝已立项调研或开工建设。这类特高坝上下游水位差往往可达200m以上，水位差产生的高水压极易诱发土石筑坝材料的渗透破坏，进而严重威胁大坝的整体安全。美国的Teton心墙坝与中国的沟后面板堆石坝都因渗透破坏而发生溃坝，造成了极为惨痛的生命经济损失。因此，亟需开展高水压下土石材料的渗透特性研究，来对其防渗抗渗性能提出科学合理的新要求，最终确保特高坝的渗流安全。
考虑到高水压在现场试验过程中可能引发的灾难性后果，室内试验成为研究高水压下土石材料渗透特性的主要手段方法。现有的水槽渗流装置与三轴渗流仪因其场地要求小、试验操作便捷、模拟效果较好等特点被广泛应用于相关渗透特性研究。尽管渗流仪器发展较快，其供水装置一般只能实现常规水压而不具备高水压供应能力，难以开展高水压渗透特性研究。部分高压供水装置采用高压气体加压，未实现水气分离，造成高压下气体溶解于水继而改变其渗透特性；同时，大量高压供水装置出于保持高压力的需要，装置内渗流水用尽后需暂停试验补水补气试验方可继续，不符合渗流试验规范。凡此述及设计缺陷使得现有高压供水装置不具备技术支撑对特高土石坝的渗流特性进行深入、有效研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种避免水气混合的同时能够稳定持续供应高压水，高压可灵活调节，能够有效提供高水压渗流试验所需的无气高压水，合理保障高水压渗透特性试验的开展的可实现稳定高水压的连续供水装置及其使用方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种可实现稳定高水压的连续供水装置，包括供水系统、加压装置和高压储水罐，所述加压装置内设置有压力室，所述压力室的进水口设置有逆单向阀，两个所述逆单向阀与所述供水系统连通，所述压力室的出水口设置有正单向阀，所述正单向阀通过管路接所述高压储水罐的高压储水罐入流口，所述压力室内设置有活动推板，所述活动推板外套设有与所述压力室内壁紧密接触的环形止水圈，所述活动推板远离水的一侧与传动连杆的首端相连，所述传动连杆的尾端嵌在密封泵体内，所述传动连杆尾端与所述密封泵体内的液压介质相接触，所述液压介质由油缸提供，所述传动连杆上设置有位移传感器，所述位移传感器转换为电信号输送给液压控制系统来控制所述油缸。
所述加压装置的个数为N个，其中N为大于等于2的整数。
所述加压装置的个数为2个，两个所述逆单向阀通过管路接在电磁三通阀的出水口，所述电磁三通阀的进水口连接所述供水系统。
所述位移传感器转换为电信号后控制所述电磁三通阀的开闭。
所述供水系统包括蓄水筒，所述蓄水筒通过外部供水管路供水，所述外部供水管路上设置有电磁阀，
所述蓄水筒内装有水位浮球，所述水位浮球内置水位感应控制器，所述位感应控制器与所述电磁阀相连。
所述蓄水筒的出水口设置有除气过滤系统的进水口，所述除气过滤系统的出水口与所述电磁三通阀的进水口相连。
所述高压储水罐侧壁连接压力，所述高压储水罐顶部开有排气阀和安全阀，所述高压储水罐底部开孔并设置排水阀，所述高压储水罐设有出流口。
所述除气过滤系统与所述电磁三通阀之间设置有流量计。
所述除气过滤系统由滤网与海绵铁滤料组成
一种可实现稳定高水压的连续供水装置使用方法，包括以下步骤：
步骤一：对高压储水罐连接的压力表进行校准，对水管内流量计进行校准，调试确保除气过滤系统正常工作；
步骤二：打开除气过滤系统，连通外接供水水源，调节压力室内活动推板分别处于最大行程状态、最小行程状态，打开电磁三通阀；
步骤三：保持加压装置处于关闭状态，即设定加压装置压力值为0MPa，让经除气过滤的非承压水自由流入高压储水罐，关闭高压储水罐的排水阀，关闭高压储水罐出流口，打开高压储水罐顶部的排气阀；
步骤四：待排气阀有水溢出后关闭排气阀；
步骤五：将高压储水罐出水口与渗流试验设备、供水管道或其它设施连接完毕，仍保持出水口呈关闭状态；
步骤六：启动加压装置，按照水压需要设置加压装置的目标压力值，启动流量计并记录流量计读数，记录压力表读数；
步骤七：待压力表读数达到既定压力值，打开高压储水罐出水口，进行持续、稳定供应无气高压水；
步骤八：无气高压水供应结束，设定加压装置压力值为0MPa，待高压储水罐停止工作后关闭加压装置，手动关闭电磁三通阀，关闭高压储水罐出水口，断开与外接供水水源的连接。
本发明的有益效果：本发明提供的一种可实现稳定高水压的连续供水装置及其使用方法，通过两个加压装置交替供水和补水，能够有效提供稳定、持续高水压，本供水装置的高水压可通过改变加压装置内油缸对液压介质的压强灵活调节，同时除气过滤系统能够脱除水中溶解的空气，规避水气混合对水自身性质的影响以及引起的管道空蚀现象，保障高水压渗透特性试验的开展，有效满足高压渗流、水力劈裂、向高海拔输水等研究与应用的需要。
附图说明
图1为本发明一种可实现稳定高水压的连续供水装置的总体结构示意图；
图2为本发明中加压装置示意图；
图3为本发明专中高压储水罐俯视图。
图中附图标记如下：1-外部供水管路，2-电磁阀，3-水位浮球，4-蓄水筒，5-除气过滤系统，6-流量计，7-电磁三通阀，8-逆单向阀，9-加压装置，10-正单向阀，11-高压储水罐，12-油缸，13-液压介质，14-传动连杆，15-环形止水圈，16-活动推板，17-压力室，18-压力室进水口，19-压力室出水口，20-高压储水罐入流口，21-排气阀，22-安全阀，23-压力表，24-出流口，25-排水阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明公开一种高水压连续供水装置，包括蓄水筒4及除气过滤系统5、加压装置9、高压储水罐11等部分。蓄水筒4与自来水或其他外部供水水源相连，蓄水筒4和外部供水水源通过外部供水管路管1连接，外部供水管路1上设置有电磁阀2。蓄水筒4内装有水位浮球3，水位浮球3内置水位感应控制器，控制器感应水位超过预设最高值时连通外部水源的电磁阀2自动关闭继而停止供水，制器感应水位下降至预设最低值时连通外部水源的电磁阀2自动打开继而恢复供水。蓄水筒4出水口安装有除气过滤系统5，除气过滤系统5的滤网与海绵铁滤料组合过滤模块能够过滤颗粒杂质，起到避免相连的加压装置9与管路因水中、蓄水筒中杂质发生磨损老化的作用，同时海绵铁滤料去除水中溶解氧，满足室内渗流试验用水不掺入空气的基本要求；除气过滤系统5下游水管内安装一个电磁流量计6，流量计6读数即反映管道内非承压水流量。
如图2所示，加压装置9由复数加压装置9与压力室17组成，加压装置9的油缸12及配套压力室17个数为2个。各压力室17通过连接电磁三通阀7的水管与流量计6下游管道相连，电磁三通阀7的电磁控制回路与2个压力室17的传动连杆14上位移传感器转化的电信号相连，一侧传动连杆14达到最大位移时对应供水管道打开，一侧传动连杆14达到最小位移时对应供水管道关闭。各压力室17都外接有入水口和出水口，压力室17外侧的入水管道内设有逆单向阀8，压力室17内压力为正时逆单向阀8自动关闭，压力室17内压力为负时逆单向阀8自动打开；压力室17外侧的出水管道内设有正单向阀10，压力室17内压力为正时正单向阀10自动打开，压力室17内压力为负时正单向阀10自动关闭。
压力室17内的活动推板16与加压装置上传动连杆14的首端相固定，传动连杆14尾端嵌在一密封泵体内，传动连杆14尾端与液压介质13相接触，液压介质13通过其压力特性控制传动连杆14、活动推板16的运动情况，传动连杆14上安装有位移传感器，位移传感器监测活动推板16的行程，位移传感器将电信号传递至液压控制系统，确保活动推板的最大位移不超过压力室17进水口；加压初始阶段一推板在液压介质产生的正液压作用下压缩压力室并形成正压，另一推板在液压介质产生的负液压作用下扩大压力室并形成负压；当其中一根传动连杆14达到最大位移时，对应加压装置9内的液压控制系统接收到位移传感器信号，加压装置9内的液压介质形成负压，驱使该传动连杆14沿加压装置9方向回收至最小位移处，传动连杆14回收过程中压力室内维持负压，入水管道侧的逆单向阀8自动打开，出水管道侧的正单向阀10自动关闭，此时经除气过滤的水体进入压力室17内，实现压力室17的补水操作；在一根压力室17内传动连杆14达到最大位移的同一时刻，另一压力室17配套加压装置9内的液压控制系统接收到位移传感器信号，加压装置内的液压介质形成正压，驱使该传动连杆14沿加压装置9反方向回收至最小位移处，传动连杆14推动过程中压力室内维持正压，入水管道侧的逆单向阀8自动关闭，出水管道侧的正单向阀10自动打开，此时经除气过滤5的水体从压力室进入出水管道，实现压力室17的供水操作；活动推板16与压力室17四壁紧密贴合，活动推板16与压力室17接触部位设置环形止水圈15。
如图3所示，高压储水罐11与各压力室17的出水管道相连，高压储水罐11侧壁连接压力计23，高压储水罐顶部开有排气阀21与安全阀22，高压储水罐11底部开孔并设置排水阀25，高压储水罐11设有出流口，出流口可通过高压水管等方式为试验仪器、供水管道等供应高压水流。
本发明还公开一种可实现稳定高水压的连续供水装置使用方法，包括以下步骤：
步骤一：对高压储水罐11连接的压力表23进行校准，对水管内流量计6进行校准，调试确保除气过滤系统5正常工作；
步骤二：打开除气过滤系统5，连通外接供水水源，调节压力室17内活动推板16分别处于最大行程状态、最小行程状态，打开电磁三通阀7；
步骤三：保持加压装置9处于关闭状态，即设定加压装置9压力值为0MPa，让经除气过滤的非承压水自由流入高压储水罐11，关闭高压储水罐11的排水阀25，关闭高压储水罐11出流口，打开高压储水罐11顶部的排气阀21；
步骤四：待排气阀21有水溢出后关闭排气阀21；
步骤五：将高压储水罐11出水口与渗流试验设备、供水管道或其它设施连接完毕，仍保持出水口呈关闭状态；
步骤六：启动加压装置9，按照水压需要设置加压装置9的目标压力值，启动流量计23并记录流量计23读数，记录压力表23读数；
步骤七：待压力表23读数达到既定压力值，打开高压储水罐11出水口，进行持续、稳定供应无气高压水；
步骤八：无气高压水供应结束，设定加压装置压力值为0MPa，待高压储水罐11停止工作后关闭加压装置9，手动关闭电磁三通阀7，关闭高压储水罐11出水口，断开与外接供水水源的连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可实现稳定高水压的连续供水装置，其特征在于：包括供水系统、加压装置(9)和高压储水罐(11)，所述加压装置(9)内设置有压力室(17)，所述压力室(17)的进水口设置有逆单向阀(8)，两个所述逆单向阀(8)与所述供水系统连通，所述压力室(17)的出水口设置有正单向阀(10)，所述正单向阀(10)通过管路接所述高压储水罐(11)的高压储水罐入流口(20)，所述压力室(17)内设置有活动推板(16)，所述活动推板(16)外套设有与所述压力室(17)内壁紧密接触的环形止水圈(15)，所述活动推板(16)远离水的一侧与传动连杆(14)的首端相连，所述传动连杆(14)的尾端嵌在密封泵体内，所述传动连杆(14)尾端与所述密封泵体内的液压介质(13)相接触，所述液压介质(13)由油缸(12)提供，所述传动连杆(14)上设置有位移传感器，所述位移传感器转换为电信号输送给液压控制系统来控制所述油缸(12)。
2.根据权利要求1所述的一种可实现稳定高水压的连续供水装置，其特征在于：所述加压装置(9)的个数为N个，其中N为大于等于2的整数。
3.根据权利要求2所述的一种可实现稳定高水压的连续供水装置，其特征在于：所述加压装置(9)的个数为2个，两个所述逆单向阀(8)通过管路接在电磁三通阀(7)的出水口，所述电磁三通阀(7)的进水口连接所述供水系统。
4.根据权利要求3所述的一种可实现稳定高水压的连续供水装置，其特征在于：所述位移传感器转换为电信号后控制所述电磁三通阀(7)的开闭。
5.根据权利要求3所述的一种可实现稳定高水压的连续供水装置，其特征在于：所述供水系统包括蓄水筒(4)，所述蓄水筒(4)通过外部供水管路(1)供水，所述外部供水管路(1)上设置有电磁阀(2)，所述蓄水筒(4)内装有水位浮球(3)，所述水位浮球(3)内置水位感应控制器，所述位感应控制器与所述电磁阀(2)相连。
6.根据权利要求5所述的一种可实现稳定高水压的连续供水装置，其特征在于：所述蓄水筒(4)的出水口设置有除气过滤系统(5)的进水口，所述除气过滤系统(5)的出水口与所述电磁三通阀(7)的进水口相连。
7.根据权利要求1所述的一种可实现稳定高水压的连续供水装置，其特征在于：所述高压储水罐(11)侧壁连接压力(23)，所述高压储水罐顶部开有排气阀(21)和安全阀(22)，所述高压储水罐(11)底部开孔并设置排水阀(25)，所述高压储水罐(11)设有出流口。
8.根据权利要求6所述的一种可实现稳定高水压的连续供水装置，其特征在于：所述除气过滤系统(5)与所述电磁三通阀(7)之间设置有流量计(6)。
9.根据权利要求1所述的一种可实现稳定高水压的连续供水装置，其特征在于：所述除气过滤系统(5)由滤网与海绵铁滤料组成。
10.一种可实现稳定高水压的连续供水装置使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：对高压储水罐(11)连接的压力表(23)进行校准，对水管内流量计(6)进行校准，调试确保除气过滤系统(5)正常工作；
步骤二：打开除气过滤系统(5)，连通外接供水水源，调节压力室(17)内活动推板(16)分别处于最大行程状态、最小行程状态，打开电磁三通阀(7)；
步骤三：保持加压装置(9)处于关闭状态，即设定加压装置(9)压力值为0MPa，让经除气过滤的非承压水自由流入高压储水罐(11)，关闭高压储水罐(11)的排水阀(25)，关闭高压储水罐(11)出流口，打开高压储水罐(11)顶部的排气阀(21)；
步骤四：待排气阀(21)有水溢出后关闭排气阀(21)；
步骤五：将高压储水罐(11)出水口与渗流试验设备、供水管道或其它设施连接完毕，仍保持出水口呈关闭状态；
步骤六：启动加压装置(9)，按照水压需要设置加压装置(9)的目标压力值，启动流量计(23)并记录流量计(23)读数，记录压力表读数；
步骤七：待压力表(23)读数达到既定压力值，打开高压储水罐(11)出水口，进行持续、稳定供应无气高压水；
步骤八：无气高压水供应结束，设定加压装置压力值为0MPa，待高压储水罐(11)停止工作后关闭加压装置(9)，手动关闭电磁三通阀(7)，关闭高压储水罐(11)出水口，断开与外接供水水源的连接。
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